《線性穩(wěn)壓器系列》3：如何根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的線性穩(wěn)壓器

本文作者： 英飛凌汽車事業(yè)部工程師萬(wàn)丹

針對(duì)不同的汽車應(yīng)用需求，線性穩(wěn)壓器分為多種類型。除通用線性穩(wěn)壓器外，還有后線性穩(wěn)壓器、跟蹤器和電流檢測(cè)線性穩(wěn)壓器。每種類型的特點(diǎn)是什么？如何選擇不同的應(yīng)用程序？讓我們?cè)敿?xì)解釋一下。

1. 汽車應(yīng)用中電源供電結(jié)構(gòu)概述

汽車電子模塊產(chǎn)品種類繁多，應(yīng)用類型也多種多樣產(chǎn)品和應(yīng)用都需要電源芯片。電源芯片包括線性穩(wěn)壓器和DC/DC，通常在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前端，將車輛電池電源轉(zhuǎn)換為滿足后端電池芯片需求的穩(wěn)壓源。因此，線性穩(wěn)壓器的選擇與電源結(jié)構(gòu)中電源芯片的類型和位置有關(guān)。

由于機(jī)械結(jié)構(gòu)，板內(nèi)的電芯片將存在于系統(tǒng)中，如MCU、 通訊芯片（CAN, Ethernet switches）、存儲(chǔ)芯片等，以及板外電芯片，如傳感器芯片和天線。以下是如何為這些不同的電芯片選擇合適的線性穩(wěn)壓器。

2. 推薦板內(nèi)電芯片電源

系統(tǒng)中的電芯片大多在板內(nèi)，通常使用通用線性穩(wěn)壓器和后線性穩(wěn)壓器為板內(nèi)的電芯片供電。

a) 在什么情況下使用通用線性穩(wěn)壓器？

如果系統(tǒng)只需要1~2路電源軌(如5)V，3.3V），然后使用1~2個(gè)通用線性穩(wěn)壓器。在這種應(yīng)用場(chǎng)景下，線性穩(wěn)壓器的輸入引腳直接連接到車輛電池，因此對(duì)線性穩(wěn)壓器有以下要求：

1） 為了支持系統(tǒng)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如LV124)要求，并在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火（Cranking） 在應(yīng)用場(chǎng)景下也能穩(wěn)定工作；

2） 靜態(tài)電流較低，以滿足系統(tǒng)靜態(tài)功耗的要求。

以下參數(shù)可以更好地滿足上述要求：

1）3V – 40V適用于24的輸入電壓范圍V輸入較高電壓可達(dá)60的通用線性穩(wěn)壓器V；

例如：TLS820輸入電壓范圍

2）5μA ~ 40μA靜態(tài)電流性能

例如：TLS靜態(tài)電流參數(shù)805

b) 后線性穩(wěn)壓器在什么情況下需要使用？

當(dāng)系統(tǒng)需要多路電源軌時(shí)，例如Camera除了應(yīng)用MCU 和CAN外，還需要2.5V和1.8V給Camera推薦供電DC/DC 提高電源效率的后級(jí)穩(wěn)壓器方案。

例如，同一系統(tǒng)只使用通用型LDO供電時(shí)，功耗為12W：

若使用DC/DC 后穩(wěn)壓器的供電結(jié)構(gòu)可降至~4W：

由于后級(jí)線性穩(wěn)壓器的輸入通常來(lái)自于一個(gè)DC/DC輸出電壓穩(wěn)定，后線性穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍不需要像通用線性穩(wěn)壓器那樣寬，具有更多的成本優(yōu)勢(shì)。

例如：TLS205輸入電壓范圍：

此外，后線性穩(wěn)壓器的低輸出噪聲特性也能更好地滿足Camera和RADAR應(yīng)用電源的低噪聲要求。

例如：TLS208的輸出表現(xiàn)

3. 推薦傳感器電源

建議使用跟隨器（Tracker）為傳感器供電。

傳感器應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電源的要求如下：

1） 支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的檢測(cè)精度；

2） 如果給板外傳感器供電，電源輸出端需要更高的魯棒性，能夠承受輸出端的短路需求。

跟隨器的如下特點(diǎn)能更好地滿足上述要求：

1） 跟蹤精度很高，以保證傳感器電源電壓的高精度跟蹤MCU的ADC為了實(shí)現(xiàn)更高的檢測(cè)精度，模塊的參考電壓；

例如：TLS105跟隨精度參數(shù)

2） 輸出端具有較高的耐壓值和集成限流功能，以支持輸出端對(duì)電源/地面短路的需求。內(nèi)置反向保護(hù)功能。適用于板外傳感器。

例如：TLS105各種耐壓值（Absolute Maximum Rating）參數(shù)

跟蹤器的原理決定了它需要外部參考電壓VADJ如果是，確保輸出VADJ電壓消失了，跟隨器的輸出也關(guān)閉了。因此，跟隨器的應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)也不同于通用線性穩(wěn)壓器。

上圖為通用線性穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)，無(wú)需參考電壓VADJ。

上圖為跟隨器的應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)，需要參考電壓VADJ。

4. 推薦天線電源

建議使用電流檢測(cè)線性穩(wěn)壓器為天線供電。

天線應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電源的要求如下：

1） 能檢測(cè)天線的供電電流；

2） 可監(jiān)測(cè)天線的開(kāi)路/短路狀態(tài)，調(diào)節(jié)供電線的電流和電壓；

3） 由于板外負(fù)載要求電源輸出端具有更高的魯棒性，因此能夠承受輸出端的短路需求。

目前，一些應(yīng)用程序使用外部分立器件來(lái)構(gòu)建輸出電流的檢測(cè)電路，其缺點(diǎn)是：

1） 分立電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括大量設(shè)備，每個(gè)設(shè)備都會(huì)給檢測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)誤差，較終檢測(cè)電路的檢測(cè)精度相對(duì)較低；

2） 分立器件數(shù)量多，占板面積大，通常用于天線應(yīng)用，如T-Box模塊，eCall尺寸小的模塊，PCB面積有限，分立電路方案會(huì)增加PCB板材設(shè)計(jì)難度。

電流檢測(cè)線性穩(wěn)壓器的以下特點(diǎn)可以更好地滿足天線對(duì)電源的要求：

1） 內(nèi)置輸出電流檢測(cè)功能，可高精度檢測(cè)輸出電流值。

例如：TLF4277-2的檢測(cè)精度為5%-10%

2） 內(nèi)置可調(diào)輸出限流功能，以調(diào)節(jié)輸出電流。

輸出限流的調(diào)節(jié)是通過(guò)芯片引腳上連接的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3） 輸出電壓可調(diào)。

4） 通過(guò)狀態(tài)腳反饋內(nèi)置多種診斷功能MCU。

例如：TLF4277-2的診斷結(jié)果體現(xiàn)在CSO引腳電壓上

5） 輸出端具有較高的耐壓值和集成限流功能，以支持輸出端對(duì)電源/地面短路的需求。內(nèi)置反向保護(hù)功能。適用于板外天線。

例如：TLF4277-2耐壓值（Absolute Maximum Rating）參數(shù)

以上是對(duì)不同類型線性穩(wěn)壓器特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景的詳細(xì)介紹。同時(shí)，附上較新的選擇列表，希望能幫助您更合理地選擇英飛凌汽車級(jí)線性穩(wěn)壓器。

選型列表(點(diǎn)擊查看大圖)

以上是線性穩(wěn)壓器系列的全部?jī)?nèi)容。通過(guò)這三篇技術(shù)文章，我們系統(tǒng)地梳理了線性穩(wěn)壓器，從基本原理、功能和類型逐步進(jìn)步，并對(duì)汽車級(jí)進(jìn)行了深入和詳細(xì)的解釋LDO內(nèi)置診斷和保護(hù)功能。最后，分析了汽車應(yīng)用的供電結(jié)構(gòu)，解釋了如何根據(jù)應(yīng)用選擇合適的線性穩(wěn)壓器。如果你認(rèn)為這篇文章對(duì)你有幫助，請(qǐng)記住與你的朋友分享。詳情請(qǐng)瀏覽以下網(wǎng)站。